автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Теоретическое обоснование технологий применения карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений

РГ6 ол

На правах рукописи НЕВОЛИН Дмитрий Германович

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИМЕНЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ГИДРОЭКСКАВАТОРОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.03 - «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Горном институте Кольского научного центра Российской Академии наук

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, профессор Бунин Ж.В.

докт. техн. наук, профессор Кашпар ДН.

докт. техн. наук, профессор Чаплыгин Н.Н.

Ведущая организация: АООТ "Уралрудпромпроект", г.Екатеринбург.

Защита состоится: " <2(э и1996г. в , \Ц часов на заседании диссертационного совета Д.063.55.02 в Московской Государственной Геологоразведочной Академии по адресу:

117873, г.Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория 6-87 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Геологоразведочной Академии.

Автореферат разослан "_"_ 1996г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор техн. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научные направления комплексного освоения недр, разработанные академиком Н.В.Мельниковым и получившие широкое развитие в трудах академика МЛАгошхова и других ученых, не потеряли своей актуальности и в настоящее время.

Одним из возможных механизмов осуществления данных направлений является разработка и внедрение новых прогрессивных экскаваторных технологий, позволяющих интенсифицировать производство, производить малоотходные селективные работы и обеспечить ресурсосбережение.

Анализ мирового опыта эксплуатации выемочно-погрузочного оборудования на карьерах показал широкое использование гидравлических экскаваторов (в дальнейшем - гидроэкскаваторов) с вместимостью ковша до 26 мЗ. Западная Европа выпускает только карьерные гидроэкскаваторы, в США их доля достигает 60% от общего объема выпуска. Уралмашзаводом ("УЗТМ") освоен выпуск гидроэкскаваторов с вместимостью ковша 8 ... 20 мЗ.

Комплексное освоение . (разработка) месторождений предусматривает систему технических, экономических и организационных методов и средств, обеспечивающих добычу минерального сырья и его последующую переработку для достижения оптимального уровня извлечения из добытого сырья основных и попутных компонентов и утилизацию отходов производства. *

Дальнейшее повышение эффективности открытых горных работ возможно путем применения технологий на базе универсального выемочно-погрузочного оборудования - гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия (ЭГД). Отсутствие научно обоснованных технологических решений в данной области является сдерживающим фактором.

Существующие технологии для ЭГ и ЭГО не взаимозаменяемы и требуют перевооружения рабочего оборудования с прямой лопаты на обратную (или в противоположной последовательности). Это влечет дополнительные затраты на приобретение стрелы, рукояти и

* Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д.Лидин, ЛДВоронина, ДДКаплунов и др. - 4-е изд. - Недра, 1990. - 696с.

ковша и времени на демонтаж и монтаж а в ряде случаев -дополнительной единицы гидроэкскаватора, что снижает эффективность использования оборудования и повышает капитальные затраты.

Принцип работы ЭГД позволяет предположить их эффективное применение при комплексной разработке месторождений, которая объединяет в себе широкое понятие. Это не только селективная выемка полезных ископаемых, но и отработка складов полезных ископаемых, вовлечение в эксплуатацию запасов минерального сырья, находящихся во временной консервации.

Таким образом, теоретическое обоснование технологий применения карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений делает исследования актуальными.

Экономическая часть исследований была выполнена в Джиономикс институте (Мидделбери, Вермонт, США) в 1993-1994 гг.

Цель работы заключается в теоретическом обосновании технологий применения карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений.

Идея работы - состоит в расширении технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов на основе универсальности использования ковша - прямым и обратным способом и переменной его вместимости.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Объем копания с одной точки стояния для гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в 1,3 ... 1,5 раза больше, чем для обратных лопат и в 2,6 ... 2,8 раза - для прямых лопат с одинаковыми параметрами максимального радиуса черпания и сектора копания.

2. Повышение эксплуатационной производительности гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в среднем на 6% по сравнению с обратными лопатами достигается за счет комбинированного способа разгрузки ковша при использовании его поперечной подвижной стенки.

3. Энергоемкость экскавации для гидроэкскаваторов, работающих в режиме прямая лопата с экскавационным способом черпания и погрузкой на уровне стояния, на 10% ниже, чем для мехлопат, а при совмещенном способе черпания - на 65%, чем при экска-вационном и комбинированном, для гидроэкскаваторов, работающих

с нижнем черпанием, энергоемкость экскавации на 30% ниже при нижней погрузке, чем при верхней.

4. Технологии применения карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия при комплексной разработке месторождений обеспечивают по сравнению с мехлопатами:

• производство селективной выемки полезных ископаемых без потерь и снижение величины разубоживания в 2 раза для залежей с углом падения 0 ... 90° ввиду возможности черпания ковша по любой траектории забоя;

• экономию на 40% экскаваторного парка при бестранспортном проведении траншей за счет совершенствования организации работ;

• интенсификацию процесса расконсервации временно нерабочих бортов карьеров в 1,5 раза на основе применения новых технологий.

5. Технологическая гибкость системы выемочно-погрузочное оборудование - транспорт достигается за счет применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, позволяющего не только работать в режиме прямой и обратной лопаты, но и обеспечивать работу с траспортом различной грузоподъемности и по разным погрузочным схемам ввиду переменной вместимости ковша.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена применением современных научных методов исследований и положений численного моделирования с использованием расчетов на персональных компьютерах, проверкой значимости коэффициентов корреляции (г = 0,61 ...0,82) для зависимостей технологических параметров гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия по критериям вероятностно-статистического анализа (вероятность р = 95%) и внедрением исследований в проектных организациях.

Научная новизна работы состоит:

• в установлении закономерностей процесса черпания карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, объясняющих влияние горнотехнических условий разработки на их производительность и энергоемкость экскавации;

• в разработке исследовательских методик для обоснования параметрического ряда карьерных гидроэкскаваторов с принципом

копания ковша двойного действия, энергоемкости экскавации гидроэкскаваторов;

• в обосновании технологических решений, обеспечивающих полноту выемки полезных ископаемых и повышающих эффективность горных работ при комплексной разработке месторождений;

• в разработке экономического критерия эффективности технологий применения карьерных гидроэкскаваторов - годового процента прироста капитала (прибыли), учитывающего дополнительную прибыль за счет косвенного эффекта от внедрения новой техники.

Научное значение работы состоит в следующем;

• расширение технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов на основе универсальности использования его ковша явилось основой для создания нового класса выемочно-погрузочного оборудования - карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, внедрение которого возможно в короткие сроки в связи с поузловой и поэлементной унификацией моделей прямых и обратных лопат;

• исследование рабочих параметров технологий применения карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия доказало, что разработанные технологии могут "вписываться" в существующие, не усложняя, а дополняя их.

Практическое значение работы состоит:

• в обосновании технологий применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в качестве основного и вспомогательного выемочно-погрузочного оборудования карьеров практически в любых горнотехнических условиях производства открытых горных работ;

• в создании инженерных методов и программного обеспечения расчетов на персональных компьютерах технологических параметров применения гидроэкскаваторов;

• в использовании разработанных методик и рекомендаций организациями научного и проектного профиля.

Реализация результатов работы. Расчеты рабочих параметров гидроэкскаваторов, производительности, технологических схем производства открытых горных работ переданы для внедрения в институт Уралгипроруда (Екатеринбург): ожидаемый годовой экономический эффект в расчете на один гидроэкскаватор с принципом

копания ковша двойного действия с вместимостью 5 ... 10 мЗ составит 5 млн. руб. в ценах на 1.07.92 г.

Конструктивные параметры гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия (с универсальным рабочим органом) приняты к внедрению в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш "УЗТМ" (Екатеринбург).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш "УЗТМ" (Екатеринбург, 1992 г.), в институте Уралгипроруда (Екатеринбург, 1992 г.); в институте НИИОГР (Челябинск, 1994 г.).

Принято участие в работе: Республиканской научно-технической конференции "САПР" горнодобывающих предприятий" (Ташкент, 1984 г.), II Отраслевой научно-технической конференции молодых ученых ИГД МЧМ СССР (Свердловск, 1985 г.), III Всесоюзной конференции молодых ученых ИГД МЧМ СССР (Свердловск, 1986 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Социально-экономические проблемы развития народного хозяйства севера СССР" (Мурманск, 1990 г.), XXIV Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований (Апатиты, 1990 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технологии горного производства для снижения негативного воздействия на окружающую природную среду" (Кривой Рог, 1991 г.), Всесоюзной школе молодых ученых "Современные методы разработки и обогащения полезных ископаемых при комплексном освоении месторождений" (Алма-Ата, 1991 г.), V Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсификация горнорудного производства" (Свердловск, 1991 г.), Всесоюзном совещании "Проблемы рационального освоения минеральных ресурсов ("Мельниковские чтения")" (Хабаровск, 1991 г.), Всесоюзной конференции молодых ученых "Добыча и обогащение комплексных руд" (Апатиты, 1991 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 23 печатных работах, включая 3 монографии. Всего по теме диссертации опубликовано 40 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и 2 приложений, содержит 240 страниц, 30 таблиц, 30 рисунков и список литературы из 183 наименований. В приложении приведены программы расчета объемной

модели процесса копания карьерных гидроэкскаваторов с рабочим оборудованием прямая, обратная лопата и с принципом копания ковша двойного действия на компьютерах и документы с внедрениями результатов работы.

Автор выражает искреннюю благодарность за ценные научные консультации профессорам, докторам техн. наук О.Д.Алимову, Ю.ИАнистратову, а также ведущим специалистам в области проектирования и эксплуатации гидравлических экскаваторов канд. техн. наук Л.С.Скобелеву и В.С.Семенникову НИИтяжмаш "УЗТМ" и главному специалисту в области проектирования открытых горных работ ВГДрачеву АООТ "Уралрудпромпроект" за оказанную помощь и советы в процессе выполнения работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Эффективность и целесообразность применения гидроэкскаваторов на отечественных карьерах отражены в работах чл.-корр. РАН ШШельникова, проф. А.С.Ташкинова, В.Г.Пронозы, канд. техн. наук Л.С.Скобелева, А.С.Ненашева, Б.Н.Рыбакова, В.М.Штейнцайга, Р.М.Штейнцайга. Из зарубежных ученых необходимо отметить исследования K.B.Khanna (Индия), КЛШайретова и Х.П.Христова (Болгария), B.J.Morash, Н. Rath (США).

При выполнении работы использованы научные знания в области технологий открытой разработки, изложенные в трудах академиков ШШельникова, К.Н.Трубецкого, проф. А.И.Арсентьева, В.С.Хохрякова, А.А.Кулешова, Ю.И.Белякова, Н.Н.Чаплыгина,

A.В.Юдина, вопросы удельной энергоемкости экскавации - проф. КШАнистратова, ИАТангаева, ЕХ.Баранова, комплекснлого освоения месторождений - академиков НВ.Мельникова, М.И.Агошкова, проф. БЛЮматова, ПЛБастана, Ж.В.Бунина, Г.В.Секисова, Д.П.Каплунова,

B.АШестакова, ВГШитарева.

При исследовании процесса копания карьерных гидроэкскаваторов, определении параметров их рабочего оборудования использованы труды проф. Е.РЛетерса, Н.Г.Домбровского, Р.Ю.Подэрни, Ю.АЕетрова, М.ИГальперина и др.

Проведенные исследования в области практического опыта использования гидроэкскаваторов на открытых горных работах, технологий их применил позволили сделать следующие выводы:

• доказана возможность применение ЭГ и ЭГО практически на всех типах месторождений и в любых горнотехнических условиях; основные технологические решения разработаны для отработки угольных месторождений, обоснованы рабочие параметры гидроэкскаваторов, их параметрические ряды и принципы выбора данного оборудования, исследованы технологии отработки высоких уступов, селективной выемки, параметры систем разработок, вопросы эффективности использования;

• совершенствование конструкций рабочего оборудования карьерных гидроэкскаваторов продолжает развиваться в направлении универсальности его использования;

• отсутствуют исследования по энергоемкости экскавации карьерных гидроэкскаваторов и по технологиям применения ЭГД при комплексной разработке месторождений.

Таким образом, на основе произведенного анализа и для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Теоретическое исследование процесса черпания карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия.

2. Изучение параметрических рядов и производительности гидроэкскаваторов с универсальным рабочим оборудованием.

3. Обоснование энергоемкости экскавации карьерных гидроэкскаваторов.

4. Теоретическое обоснование технологий применения карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия при комплексной разработке месторождений.

5. Разработка рудных складов, отсыпка отвалов и гибких технологий добычи полезных ископаемых.

6. Определение эффективности технологий применения карьерных гидроэкскаваторов.

Методы исследований включают:

• аналитический метод (вероятностно-статистический анализ) для обработки экспериментальных данных;

• графоаналитический метод и численное моделирование на персональных компьютерах для расчета технологических и конструктивных параметров гидроэкскаваторов;

• графический метод (компьютерная графика);

• системный анализ при исследовании энергозатрат экскавации карьерных гидроэкскаваторов;

• метод вариантов для оценки эффективности разработанных технологий.

В рамках решения указанных выше задач защищаются следующие научные положения, выдвинутые автором: •

1. Объем копания с одной точки стояния для гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в 1,3... 1,5 раза больше, чем для обратных лопат и в 2,6... 2,8 раза - для прямых лопат с одинаковыми параметрами максимального радиуса черпания и сектора копания.

Данное исследование было произведено с целью установления закономерностей процесса черпания (копания) карьерных ЭГ и ЭГО, послуживших основой для разработки универсального рабочего оборудования с принципом копания ковша двойного действия и подтверждения эффективности его использования. При различных способах крепления гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша и одинаковых параметрах максимального радиуса черпания, высоты пяты стрелы, при равенстве максимальной высоты копания было установлено следующее:

• у ЭГО площадь эпюры копания, расположенная выше уровня стояния, превышает аналогичную площадь эпюры копания прямой лопаты в 1,3 ... 1,5 раза, с эксплуатационной точки зрения, выполняет вспомогательную функцию, хотя ее параметры могли бы эффективно использоваться, если бы ковш производил копание прямым способом;

• зависимости параметров характерных точек эпюр копания: максимального и минимального радиусов для зачистки подошвы уступа и максимального радиуса черпания у ЭГ и ЭГО одинаковые.

Таким образом, возникает идея разработки универсального рабочего оборудования гидроэкскаватора, позволяющего в полной мере реализовать верхнюю часть эпюры копания ЭГО, но производя при этом копание прямым способом, без дополнительной замены каких-либо узлов или деталей. Разработанное универсальное рабочее оборудование ЭГД представлено на рис.1.

Ковш выполнен в виде вертикальных боковых стенок с дугообразным днищем, у которого передние и задние кромки являются режущими, а поперечная стенка выполняется в виде заслонки,

1 РЕЖИМ ОБРАТНОЙ ЛОПАТЫ

РЕЖИМ ПРЯМОЙ ЛОПАТЫ п

У3 =0

Уз =0

Рис.1. Схема рабочего оборудования гидроэкскаватора с принципом копания ковша двойного действия:

1 - стрела; 2 - гидроцилиндр подъема стрелы; 3 - рукоять; 4 -гидроцилиндр поворота рукояти; 5 - универсальный рабочий орган; 6 - ковш с принципом копания двойного действия; 7 - гидроцилиндр поворота ковша; 8,12 - рычаги; 9 - сменные зубья ковша; 10 - поперечная стенка; 11 - гидроцилиндр управления поперечной стенкой; 13 - проушина рукояти; 14 - кузов автосамосвала; Ук - направление движения ковша; Уз - направление движения поперечной стенки (задней); I... IV - рабочие положения копания ковша

которая поворачивается относительно рукояти на определенный угол с помощью гидроцилиндров, а также фиксируется в промежуточном положении, что позволяет изменять вместимость ковша и направленность его черпания. Параметры характерных точек эгаоры копания карьерных ЭГД представлены в табл.1.

Таблица 1

Параметры характе рных точек эпюры копания ЭГД

Наименование параметра Зависимость, м Номер

Минимальный радиус для зачистки подошвы уступа Rmin = (Rnc + U) - ((Lr + Lk)2 -- Hnc)2)^2 (1)

Максимальный радиус для зачистки подошвы уступа Rlmax = (Rnc + Ls) + ((Lr + Lk)2--Hnc)2)1/2 (2)

Максимальный радиус черпания Rmax = Rnc + (Ls + Lr + Lk) (3)

Максимальная высота копания: в режиме прямая лопата в режиме обратная лопата H = Hnc + Ls . sinPmax/2 + + Lr. sinOt - ушах) + Lk H = Hnc + Ls . sinpmax/2 + + Lr . sin(rc - Ymax) (4) (5)

Максимальная высота выгрузки в режиме прямая и обратная лопата Hi = Hnc+ LS sinPmax/2 + + Lr • sin(7c - ушах) - Lk (6)

Максимальная глубина копания в режиме прямая и обратная лопата Нкоп = Ls • sinPmax/2 + (Lr + Lk) (7)

Анализ трехмерных математических моделей процесса копания карьерных гидроэкскаваторов (8 ... 9)

7с/к • J Jf(x,y)dxdy MAX, I J if(x,y,z)dxdydz => MAX (8)

(S) (V)

x = f(7t/k), у = f(V), z = f(Rmax), % > 1,1 (9)

где 7t/k - сектор копания гидроэкскаватора (k = 1 ... 2), рад;

S - площадь эпюры копания ниже уровня стояния гидроэкскаватора, м2; V - объем копания, мЗ;

Ку - коэффициент устойчивости гидроэкскаватора, позволил доказать, что для ЭГД объемы копания с одной точки стояния в 1,3 ... 1,5 раза больше, чем для обратных лопат и в

Объем копания с одной точки стояния для ЭГ-15 в 2,6 раза меньше, чем для ЭГО-8

Объем копания с одной точки стояния для ЭГД-8 в 1,4 раза больше, чем для ЭГО-8

Рис.2. Поверхности отклика математических моделей процесса копания карьерных гидроэкскаваторов: а - модели ЭГ-15;

б - 1 - модели ЭГО-8 в режиме обратная лопата; 2 -модели ЭГД-8 в режиме прямая и обратная лопата

2,6 ... 2,8 раза - для прямых лопат с одинаковыми параметрами максимального радиуса черпания и сектора копания (рис.2).

2. Повышение эксплуатационной производительности гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в среднем на 6% по сравнению с обратными лопатами достигается за счет комбинированного способа разгрузки ковша при использвании его поперечной подвижной стенки.

Большинство разработанных параметрических рядов карьерных гидроэкскаваторов обосновано по параметру вместимости ковша, который определяется на основе ряда предпочтительных чисел. Разработанный параметрический ряд ЭГД не является исключением. Необходимость создания данного ряда обусловлена последующими исследованиями производительности ЭГД и технологических схем при комплексной разработке месторождений.

При разработке параметрического ряда карьерных ЭГД были заложены следующие методические подложения:

• за основу был выбран параметрический ряд карьерных гидроэкскаваторов с рабочим оборудовнием обратная лопата "УЗТМ" с вместимостью ковшей 6; 8; 12 мЗ (ряд предпочтительных чисел RIO со знаменателем геометрической прогрессии 1,58);

• максимальная высота копания и выгрузки в режимах прямая и обратная лопата, а также максимальная глубина копания в режиме обратная лопата для моделей ЭГД определяются по зависимостям параметров характерных точек эпюры копания (табл.1);

• производится проверка ЭГД с определенными параметрами на устойчивость при статическом и динамическом расчете.

Отличительной особенностью разработанного параметрического ряда ЭГД от существующих рядов ЭГ и ЭГО "УЗТМ" является то, что параметр вместимости стандартного ковша для тяжелых пород имеет "плавающую" величину, что объясняется возможностью изменения его вместимости в процессе экскавации. Нижний придел величины вместимости ковша соответствует предыдущей верхней величине вместимости данного ряда - это позволяет наиболее эффективно использовать различные средства автотранспорта.

Параметрический ряд карьерных ЭГД представлен в табл.2.

Параметрическим рядом обеспечивается: универсальность использования рабочего оборудования (черпание прямым и обратным способом); поузловая и поэлементная унификация соседних моделей в параметрическом ряду и между смежными моделями в параметрических рядах ЭГ и ЭГО; модульность исполнения - сокращает сроки транспортировки и монтажа; устойчивость при работе на уклонах; конкурентоспособность - снижение капитальных затрат на приобретение сменной стрелы, рукояти и ковша.

Исследование производительности карьерных гидроэкскаваторов было произведено по трем направлениям: в зависимости от кусковатости и коэффициента разрыхления пород с учетом способов и режимов их черпания; типа экскаваторных забоев; от продолжительности операций рабочего цикла гидроэкскаваторов.

В табл.3 представлены показатели режимов черпания горных пород гидроэкскаваторами в зависимости от кусковатости и коэффициента разрыхления пород в ковше.

Максимальная производительность гидроэкскаваторов будет наблюдаться при работе экскавационным и совмещенным способами черпания, позволяющими производить загрузку ковша практически

Таблица 2

Параметрический ряд карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия

Наименование параметра Един, изм. ЭГД-6 ЭГД-8 ЭГД-12

Вместимость ксвша:

стандартная мЗ 4... 6 6... 8 8... 12

для тяжелых пород мЗ 3...5 5...6 6... 12

Максимальный радиус черпания м 19,0 21,8 25,0

Максимальная высота копания

в режиме прямая лопата м 16,0 18,4 21,0

Максимальная высота выгрузки:

в режиме прямая лопата м 11,9 13,6 15,6

в режиме обратная лопата м 10,0 12,5 14,0

Максимальная глубина копания

в режиме обратная лопата м 10,0 12,0 14,0

База гусеничного хода м 6,0 7,0 8,0

Колея гусеничного хода м 5,0 5,5 6,5

Клиренс гусеничной тележки м 0,7 0,9 1,1

Тяговое усилие гусениц кН 1500 1900 3400

Скорость передвижения км/ч 1,6 1,3 1,0

Среднее давление на грунт

при передвижении МПа 0,16 0,17 0,22

Мощность привода кВт 660 910 1660

Максимальное усилие копания кН 600 800 1200

Глубина копания при угле

отработки откоса 45 град. м 7,5 9,0 13,5

Преодолеваемый уклон град 12 12 12

Рабочее давление в гидросистеме МПа 30 30 30

Суммарная производительность л/мин

насосов 1680 2700 5040

Продолжительность цикла с 24 26 28 В

Масса экскаватора т 240 330 550 1

Показатели режимов черпания

Таблица 3 горных пород гидроэкскаваторами

Режим черпания

Категория пород по трудности разработки

по проф.

Ю.И.

Белякову

Коэффициент разрыхления пород в ковше при экскавации

разрыхленной массы

ТзсГ 1*35

1,40 1,50 1,55

1,60

Характеристика кусковато ста пород по акад.

РАН К.Н.Трубецкому

Отношение ширины ковша к средневзвешенному размеру куска Вк/<1ср,

при вместимости ковша, м-

6... 8

10... 12

15... 20

1...П

III

IV

V

VI

1,15 1Д5

1,30 1,40 1,50

Очень мелкая, хорошо разрыхленная. Мелкая Средняя Крупная Очень крупная Штучный камень

>

19 ... 22

12... 13 8...9 7... 8

6...7

>

22... 24

13 ... 15 9... 10 8... 9

7... 8

16... 17 11 ... 12 9... 10

8 ... 9

1

5

в любой точке забоя при 1-ом и 2-ом режимах. При этом, минимальное отношение Вк/с1Ср, при вместимости ковша 6, 10, 15 мЗ составляет, соответственно, 12,13, 16.

На рис.3 представлена продолжительность рабочего цикла (ПРЦ) для различных моделей гидроэкскаваторов. Расчетная (теоретическая) ПРЦ гидроэкскаваторов определена по методике канд. техн. наук Л.С.Скобелева. при условии выдвижения штоков цилиндров рукояти на полный ход. Эксплуатационная - на 2/3 хода. Сравнение эксплуатационной продолжительности рабочего цикла ЭГД и ЭГО показало, что снижение продолжительности рабочего цикла у ЭГД достигается за счет использования двух рабочих гидроцилиндров ковша (по сравнению с одним у ЭГО) или двух рабочих гидроцилиндров поперечной рабочей стенки, что приводит к снижению в два раза продолжительности разгрузки ковша.

Рис.3. Продолжительность рабочего цикла карьерных гидроэкскаваторов

Зто приводит к повышению эксплуатационной производительности гидроэкскаваторов с принципом капания ковша двойного действия в среднем на 6% по сравнению с обратными лопатами за счет комбинированного способа разгрузки ковша при использованием его поперечной подвижной стенки.

3. Энергоемкость экскавации для гидроэкскаваторов, работающих в режиме прямая лопата с экскавационным способом черпания и погрузкой на уровне стояния, на 10% ниже, чем для мехлопат, а при совмещенном способе черпания - на 65%, чем при экска-вационном и комбинированном, для гидроэкскаваторов, работающих с нижнем черпанием, энергоемкость экскавации на 30% ниже при нижней погрузке, чем при верхней.

При разработке методики обоснования удельной энергоемкости (энергозатрат) экскавации карьерных гидроэксгсаваторов были использованы аналитические зависимости энергетических характеристик процесса экскавации, выведенные проф. Ю.И.Анистратовым и проф. И.А.Тангаевым для карьерных мехлопат.

Последовательность разработанной методики заключается в следующем:

• выбирается модель применяемого гидроэкскаватора;

• определяется тип отрабатываемого забоя;

• устанавливается способ копания гидроэкскаватора;

• выбирается способ черпания горных пород ковшом гидроэкскаватора;

• определяется место расположения транспортных средств под погрузку;

• определяется удельное энергопоглощение процесса экскавации;

• обосновывается удельные энергоемкость процесса экскавации.

Разработанная методика обоснования удельной энергоемкости

экскавации карьерных гидроэкскаваторов позволяет в зависимости от выбранной модели гидроэкскаватора, типа отрабатываемого забоя, способов копания и черпания горных пород и места расположения транспортных средств на погрузку определять удельную энергоемкость процесса экскавации.

Таким образом, на основе разработанной методики было доказано третье научное положение. Подтверждением тому являются расчетные данные, которые представлены в табл.4 по удельным энергозатратам экскавации для различных моделей карьерных гидроэкскаваторов, а на рис.4 - по технологическим операциям.

Полученные выводы основываются на использовании принципа системности, который проявился в рассмотрении совокупности технологических факторов, влияющих на энергоемкость экскавации:

Таблица 4

Удельные энергозатраты экскавации для различных моделей карьерных гидравлических экскаваторов (МДж/т)

ПОКАЗАТЕЛИ ГИДРОЭКСКАВАТОРЫ

ЭГ-10 ЗГ-15 ЭГ-20 ЭГО, ЭГД-6 | ЭГО, ЭГД-8 ЭГО, ЭГД-12

ЭКСКАВАЦИОННЫИ И КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ЧЕРПАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

ТРАНСПОРТ ПОД ПОГРУЗКУ НА УРОВНЕ стояния ГИДРОЭКСКАВАТОРА ТРАНШЕЙНЫЙ И ТОРЦЕВОЙ ЗАБОИ

1,46* | 1,30 * 1 2.76 * 1 -/1,64* I -/2,26* | -/2,64*

ФРОНТАЛЫ' [ЫЙ ЗАБОЙ

1 - 1,60 ** 1,78 ** I 1,80 **

ТРАНСПОРТ ПОД ПОГРУЗКУ НИЖЕ УРОВНЯ стояния ГИДРОЭКСКАВАТОРА ТРАНШЕЙН ЫЙ. ТОРЦЕВОЙ И ФРОНТАЛЬК [ЫЙ ЗАБОИ

- - - 1,40 ** 1,54 ** 1,50 **

СОВМЕЩЕННЫЙ СПОСОБ ЧЕРПАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

ТРАНСПОРТ под ПОГРУЗКУ НА УРОВНЕ стояния ГИДРОЭКСКАВАТОРА ТРАНШЕЙНЫЙ И ТОРЦЕВОЙ ЗАБОИ

0.52 * 1 0,46 * 1 0.98 * -/0.58 * 1 -/0,60* 1 -/0,53 *

ФРОНТАЛЫ' ЫЙ ЗАБОЙ

1 - 1 0,78 ** 1 0,84 ** | 0.83 **

ТРАНСПОРТ ПОД ПОГРУЗКУ НИЖЕ УРОВНЯ стояния ГИДРОЭКСКАВАТОРА ТРАНШЕЙНЫЙ. ТОРЦЕВОЙ И ФРОНТАЛЬНЫЙ ЗАБОИ

- - - 0,58 ** 0,60 ** 0,53 **

Примечание: * - при копании гидроэкскаватора выше уровня своего стояния ** - при копании гидроэкскаватора ниже уровня своего стояния

Удельные энергозатраты экскавации, МДж/т

ЭГ-10

ЭГО-8

2 (0,10) 7%

2 (0,10)

7% '

3(0,08) 2(0,34) 20%,

1 (1,28)

3(0,08) 2(0,10) 5% 4%

1 (1,36)

3 (0,08)

ЭГД-8

1 (1,36)

3 (0,08)

1 (2,08) 92%

1- на разрушение породы

2 - на вертикальное перемещение породы

3 - на горизонтальное перемещение породы

Рис.4. Соотношение удельных энергозатрат экскавации по технологическим операциям при экскавационном и комбинированном способах черпания:

а,г - работа в траншейном или торцевом забое при копании выше уровня своего стояния, транспорт под погрузку на уровне стояния гидроэкскаватора; б - работа в траншейном, торцевом или фронтальном забое при копании ниже уровня своего стояния, транспорт под погрузку на уровне стояния гидроэкскаватора; в - то же, транспорт под погрузку ниже уровня стояния гидроэкскаватора

способ черпания относительно уровня стояния гидроэкскаватора, место расположения транспортных средств под погрузку, режим черпания горной массы, тип забоя.

4. Технологии применения карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия при комплексной разработке месторождений обеспечивают по сравнению с мехлопа-тамш

• производство селективной выемки полезных ископаемых без потерь и снижение величины разубоживания в 2 раза для залежей с углом падения 0... 90° ввиду возможности черпания ковша по любой траектории забоя;

• экономию на 40% экскаваторного парка при бестранспортном проведении траншей за счет совершенствования организации работ;

• интенсификацию процесса расконсервации временно нерабочих бортов карьеров в 1,5 раза на основе применения новых технологий.

При исследовании технологий селективной выемки полезных ископаемых (ПИ) ЭГД были разработаны 5 способов, удовлетворяющих всему диапазону углов падения залежей ПИ (рис.5), и схемы к расчету величины разубоживания ПИ (рис.6). Применение ЭГД

СПОСОБ 1 СПОСОБ 2

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ЗАЛЕЖИ ПОЛОГОПАДАЮЩИЕ ЗАЛЕЖИ

СПОСОБ 3 НАКЛОННЫЕ ЗАЛЕЖИ

Рис.5. Технологии селективной выемки полезных ископаемых гидроэкскаваторами с принципом копания ковша двойного действия

- залежь полезного ископаемого

- порода - примешивание породы

Рис.6. Схемы к расчету величины разубоживания полезных ископаемых

позволяет работать без потерь (ПИ) ввиду возможности совпадения траектории черпания ковша с углами наклона плоскостей контактов ПИ и породы как в режиме прямой лопаты, так и обратной.

Способ 1. (Горизонтальные залежи - угол падения 0°). ЭГД устанавливается на промежуточной породной площадке уступа. Черпание производится как в режиме прямой лопаты, так и обратной. ПИ с верхнего и нижнего подуступа отгружается в автотранспорт, а пустые породы складируются в выработанное пространство на подошве отрабатываемого уступа. Разубоживание происходит по всем четырем контактам породы и ПИ. По сравнению с гидроэкскаваторами: ведется отработка одновременно сразу двух подуступов за один проход; прямая лопата по данной схеме работать не может, а обратная - при верхнем черпании работает на обрушение ПИ, что приводит к повышенным величинам его потерь и разубоживания.

Способ 2. (Пологопадающие залежи - угол падения 0 ... 15°). ЭГД устанавливается на подошве породного уступа. Черпание ПИ производится со стороны висячего бока залежи в режиме прямой лопаты, а породы - в режиме обратной лопаты. ПИ и порода отгружаются в автотранспорт на кровле нижележащего уступа. Разубоживание ПИ происходит за счет засорения руды породами, оставленными по всем контактам залежи с целью образования рабочих площадок. По сравнению с гидроэкскаваторами: прямая лопата по данной схеме работать не может, а обратная лопата - по аналогии со (способом 1) повышает величины потерь и разубоживания ПИ.

Способ 3. (Наклонные залежи - угол падения 15 ... 50°). ЭГД устанавливается на подошве породного уступа и производит выемку пород верхним черпанием. Порода отгружается в автотранспорт на уровне стояния гидроэкскаватора. Далее, когда будет вскрыта от пустых пород залежь ПИ, ЭГД нарезает по ней промежуточную площадку (подуступ) и начинает выемку залежи попеременно нижним и верхним черпанием. ПИ отгружается в автотранспорт на кровле нижележащего уступа. Разубоживание ПИ происходит за счет засорения руды породами, оставленными по всем контактам залежи. Применение в данной технологии ЭГ - невозможно, а ЭГО -нецелесообразно по причинам, указанным в (способах 1 и 2).

Способ 4, (Крутопадающие залежи - угол падения 50 ... 90°). ЭГД устанавливается на подошве породного уступа и производит выемку пород верхним черпанием. Порода отгружается в автотранспорт на уровне стояния гидроэкскаватора. Далее, когда будет вскрыта от пустых пород залежь ПИ, ЭГД начинает выемку залежи верхним черпанием с продолжением отгрузки в автотранспорт, который имеет подъезд на уровне стояния гидроэкскаватора. Особенностью данной схемы является то, что для более качественной выемки залежи и ее зачистки ЭГД может использовать принцип универсальности действия ковша. Разубоживание по аналогии со (способом 3).

Способ 5. (Все типы залежей - угол падения 0 ... 90°). По данной технологии отрабатывается сразу три подуступа, в этом и состоит преимущество способа в сравнении с подобным способом 3. Другое преимущество - работа ЭГД в режиме обратной лопаты с селекцией маломощных залежей на массивах с ограниченным доступом. Разубоживание в зависимости от угла падения залежи по аналогии со (способами 1 ... 4).

Величины потерь и разубоживания рассчитаны по Б.Н.Байко-ву (рис.7) при следующих значениях показателей (см. рис.6): высота уступа (Н) -10 м; вертикальная или горизонтальная мощность залежи и по нормали - (т, тн) - 20 м; мощность пропластка пустых пород (гпь, ты) - 5 м; ширина заходки (Шз) - 15 м; угол откоса уступа (а) - 70°; высота слоя примешивания пород (Ьп, Ищ) - 0,2 м; объемный вес ПИ и породы - 2,0 т/мЗ.

Сравнение вариантов способов селективной выемки показало преимущество ЭГД: ведение горных работ без потерь ПИ и снижение величины его разубоживания в 2 раза по сравнению с валовым способом выемки ввиду качественной селекции и возможности совпадения траектории черпания ковша с углами наклона плоскостей контактов полезного ископаемого и породы; отсутствие необходимости применения бульдозера при отработке пологопадающих залежей.

Разработана новая технологическая схема бестранспортного проведения траншеи ЭГД слоевым забоем при попеременном верхнем и нижнем черпании с переэкскавацией породы и ее размещением на обоих бортах, которая представлена на рис.8.

Мехлопаты

ег

оГ

5

СП

а

I

о ю >-. г> СО О,

я

/

-----г ,33,3

И14,9

"/21,о\ й 8,5 1 5,9

2,4 О

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Угол падения залежи, град

Гидроэкскаваторы ЭГД

к X аз ю

Я §

\о >■

о га Си

N

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Угол падения залежи, град

[ | - потери

I - разубоживание

Рис.7. Сравнение вариантов способов селективной выемки: а - мехлопаты; б - гидроэкскаваторы ЭГД

При этом глубина траншеи будет определятся по выражению к

НТр = Нкоп + 0,5Н + £ (М + 0,5Н), (10)

¡ = 1

где Нхр - глубина траншеи, м;

Н, Нкоп - максимальная высота и глубина копания ЭГД, м;

к - количество слоев, на которых устанавливаются ЭГД, производящие перевалочные работы на одном из бортов траншеи;

М - глубина копания ЭГД на ¿-ом слое, определяемая по условию прочерпывания навала переэкскавируемой горной массы, м.

Рис.8. Технологическая схема бестранспортного проведения траншеи гидроэкскаваторами с принципом копания ковша двойного действия слоевым забоем при попеременном верхнем и нижнем черпании с переэкскавацией породы и ее размещением на обоих бортах траншеи:

В - ширина траншеи по низу; Яр, 1*1 - радиусы разгрузки; а - угол откоса уступа; (5Н - угол откоса навала переэкскавируемой горной массы; Нн -высота навала

Глубину копания ЭГД на 1 слое по условию прочерпывания навала переэкскавируемой горной массы можно определить как

и < ДОтах• с^Рн - 1,7 (Вх + 3)) / с1ёсс, (11)

где Вх - ширина хода гидроэкскаватора, м; а - угол откоса уступа, град.

В табл.5 произведен расчет глубины траншеи для различных моделей ЭГД.

Преимущество данной схемы (рис.8) можно проследить на примере, рассмотрев общее количество одновременно использованных гидроэкскаваторов при проходке траншеи в четыре слоя на глубину 35,9 м. При использовании модели ЭГ-8 или ЭГО-8 необхо-

Таблица 5

Расчет глубины траншеи для различных моделей ЭГД

Наименование параметра Един. Гидроэкскаваторы

изм. ЭГД-6 ЭГД-8 ЭГД-12

Максимальный радиус черпания м 19,0 21,8 25,0

Угол откоса навала град 30 30 30

Ширина хода гидроэкскаватора м 6,0 7,0 8,0

Угол откоса уступа град 70 70 70

Глубина копания по условию прочерпывания навала м 3,4 5,5 8,4

Количество слоев шт 4 4 4

Глубина траншеи м 29,4 35,9 43,4

димо 5 гидроэкскаваторов, а модели ЭГД-8 - только 3, что составляет 40% экономии в использовании экскаваторного оборудования.

Технологические преимущества ЭГД по сравнению с мехло-патами предопределили их применение при разносе временно нерабочих бортов (ВНЕ) карьеров. В качестве критериев оценки эффективности технологических схем были приняты три параметра: максимальный угол наклона рабочего борта карьера Рн максимальная скорость разноса ВНБ карьера Ьр; максимальная скорость углубки карьера (понижения горных работ на ВНБ) Ьг, определяемые на основании зависимостей проф. А.И.Арсентьева и канд. техн. наук Б.К.Оводенко и С.С.Аршинова.

Анализ эффективности 4-х разработанных технологических схем при разносе ВНБ карьеров ЭГД (табл.б) показал, что максимальная скорость углубки карьера не зависит от применяемого варианта технологической схемы и остается постоянной величиной при использовании однотипной модели ЭГД в качестве самостоятельного выемочно-погрузочного оборудования, при этом средняя скорость углубки карьера составляет 15 м/год, что в 1,5 раза выше, чем при применении мехлопат.

Карьерные склады ПИ отвального типа чаще всего наряду с усреднением добытого минерального сырья выполняют перегрузочные функции при комплексном освоении месторождений. При работе ЭГО и ЭГД на складах полезных ископаемых возникает задача определения рабочей глубины и ширины забоя (Аз) и максимального радиуса черпания (R4.cc) в зависимости от максимального угла откоса и выбранной модели гидроэкскаватора.

Таблица 6

Оценка эффективности разноса временно нерабочих бортов карьеров гидроэкскаваторами с принципом копания ковша двойного действия в качестве самостоятельного выемочно-погрузочного

оборудования

Номер схемы

Гидроэкскаватор

ЭГД-6

ЭГД-8

ЭГД-12

Параметры технологических «ем

Hi/H2, м

16,0/10,0

18,4/10,0

21,0/14,0

AI/A2, м

20/20

20/20

25/25

Ш

рп> м

40,0 61,0 20,0 41,0

40,0 61,0 20,0 41,0

50,0 71,5 25,0 46,5

Рь

град

27,7

20.3

41.4 27,2

30,7 22,7 44,3 30,0

29,2 22,6 42,8 30,6

hp, м/год

33,0 46,0 30,0 33,0

33,0 46,0 30,0 33,0

42,0 54,0 34,0 41,0

Данная задача сводится к проверке возможности прочерпы-вания рабочей глубины забоя А3 < 1,7Яч.а при расположении гидроэкскавагоров за пределами призмы возможного обрушения.

В табл.7 представлены параметры рабочей глубины забоя и ширины заходки при работе ЭГО и ЭГД на складах ПИ.

Таблица 7

Параметры рабочей глубины забоя и ширины заходки при работе ЭГО и ЭГД на складах полезных ископаемых

Параметры Един. Угол откоса уступа, град

изм. 30 34 38 42 46 50

Глубина забоя м 5,3* 5,9 6,5 7,1 7,7 8,3

6,4** 7,1 7,8 8,5 9,2 9,9

7,6*** 8,4 9,2 10,0 10,8 11,6

Ширина заходки м 24,5* 24,0 23,6 23,1 22,7 22,3

28,0** 27,5 27,0 26,4 25,9 25,3

31,8*** 31,1 30,5 29,8 29,1 28,4

Примечание * - ЭГО, ЭГД-6; ** - ЭГО, ЭГД-8; *** - ЭГО, ЭГД-12.

На рис.9 представлена зависимость максимального радиуса

угла откоса уступа.

Рис.9. Зависимость максимального радиуса прочерпывания подошвы уступа для гидроэкскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата и с принципом копания ковша двойного действия: от угла откоса уступа:

1 - для всей вместимости ковша 6 м3; 2 - 8 м3; 3 - 12 м3

Установлено, что при работе ЭГО или ЭГД с нижним черпанием и расположении гидроэкскаваторов за пределами призмы возможного обрушения обеспечивается полное прочерпывание рабочей глубины забоя с соблюдением допустимых норм их устойчивости;

При работе ЭГО или ЭГД на отвалах оптимальной ширине отвальной заходки при верхней отсыпке будет соответствовать угол поворота гидроэкскаватора, равный 135°, а при нижней отсыпке -120°.

5. Технологическая гибкость системы выемочно-погрузочное оборудование - транспорт достигается за счет применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, позволяющего не только работать в режиме прямой и обратной лопаты, но и обеспечивать работу с траспортом различной грузоподъемности и по разным погрузочным схемам ввиду переменной вместимости ковша.

Определено, что повышение эффективности открытых горных работ достигается применением гибких технологий добычи ПИ на базе ЭГД. Технологическая гибкость будет обеспечиваться за счет расширения технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов на основе универсальности использования ковша - прямым и обратным способом и переменной его вместимости.

Предложено оценивать гибкие технологии добычи ПИ на базе ЭГД с помощью комплексного показателя гибкости, за основу которого принята зависимость (12), разработанная проф. А.В.Юдиным.

Пг=Кг/Уг>1, (12)

Кг =<2м / (Зэгд <1 , (13)

Уг=тэгд /Тм<1, (14)

где Пг - комплексный показатель гибкости;

Кг - коэффициент гибкости;

Уг - относительная скорость перенастройки системы; Ом.СЬгд - грузопоток, обусловленный экскавацией мехлопатами и ЭГД, тыс.т/мес;

ТмЛэгд - время осуществления грузопотока, обусловленного экскавацией мехлопатами и ЭГД, мес.

Разработанные гибкие технологии добычи ПИ на базе ЭГД и их критериальная оценка представлены на рис.10.

Рис.10. Гибкие технологии добычи полезных ископаемых на базе гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия и их критериальная оценка:

а - отработка высоких уступов; б - разделение грузопотоков; в - селективная выемка; г - применение комбинированного транспорта

Большее значение комплексного показателя отражает свойство более гибкой системы.

Разработаны рекомендации по применению гибких технологий добычи полезных ископаемых на базе ЭГД:

отработку высоких уступов с применением гидроэкскаваторов с принципом копания двойного действия целесообразно производить при расконсервации временно нерабочих бортов карьеров и при постановке бортов на временную консервацию или при их заоткоске;

применение гибких технологий при разделении транспортных грузопотоков целесообразно использовать при обслуживании гидроэкскаваторов автосамосвалами с различной вместимостью кузова (при селективной выемке полезных ископаемых), а также при необходимости увеличения пропускной способности карьерных автодорог;

применение гибких технологий с использованием схем комбинированного транспорта - автомобильного и железнодорожного наиболее рационально в технологических схемах карьеров с жесткой зависимостью работы обогатительного производства от транспорта, то есть работающих без накопительных рудных складов.

Существующие методики определения эффективности технологий применения карьерных гидроэкскаваторов базировались на нормативном коэффициенте эффективности капвложений, который в настоящее время утратил свое значение. Поэтому предложено в качестве критерия оценки эффективности использовать годовой процент прироста капитала (прибыли) за отчетный период в сравнении с предыдущим годом и дополнительной прибыли за счет косвенного эффекта от внедрения новой техники к прибыли предыдущего года (базовый вариант).

АП = ((П2 - Щ) + П3) / Hl- 100% =

= (QU - 30 - (Iij - 3j) + (Ци - Сii) • Ali / (Uj - 3j) • 100% => MAX,

(15)

где АП - годовой процент прироста капитала, %;

Щ - прибыль предыдущего года, руб;

П.2 - прибыль за отчетный период, руб;

Пз - дополнительная прибыль за счет косвенного эффекта от внедрения новой техники, руб;

Dj - цена годового выпуска продукции за отчетный период,

руб;

IJj - цена годового выпуска продукции предыдущего года (базовый вариант), руб;

ЦП - приведенная цена годового выпуска продукции за отчетный период, руб/т;

3j - годовые затраты за отчетный период, руб;

3j - годовые затраты за предыдущий год, руб; ■

С ii - приведенная себестоимость годового выпуска продукции за отчетный период, руб/т;

All - годовая величина снижения потерь полезного ископаемого за счет внедрения новой техники, т.

Расчет экономической эффективности представлен в табл.8.

Результаты диссертационной работы переданы для внедрения в институт Уралгипроруда. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных технологических и конструктивных решений в расчете на один гидравлический экскаватор с принципом копания ковша двойного действия вместимостью 5... 10 мЗ составит в среднем в расчете на одну машину 5 млн. руб в ценах на

1.07.1992 г.

Таблица 8

_Расчет экономической эффективности_

Показатели Единицы измерения Базовая технология (ЭКГ-5А) Внедряемая технология (ЭГД-6)

ч 3j руб руб 4 - 10б 2 - 10б -

П1 руб 2 - 10б -

Iii 3i руб руб - 5 - 10б 2,5 • 10б

П2 руб - 2,5 • 106

4ii Cli Ali руб/т руб/т т - 30 15 104

п3 руб - 15 - 104

ДП % - 32,5

Конструктивные параметры гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия приняты к внедрению в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш Уралмашзавода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе разработаны теоретические положения и научно обоснованные технологические решения по применению карьерных гидравлических экскаваторов при комплексной разработке месторождений, которые позволили установить закономерности процесса их черпания, послужившие основой для разработки нового параметрического ряда карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, доказать пути повышения эксплуатационной производительности гидрокскаваторов и снижения энергоемкости экскавации, обеспечить ресурсосбережение в технологиях селективной выемки полезных ископаемых, приемлемых для любых углов падения залежей, бестранспортного проведения траншей с переэкскавацией горной массы на вышележащие горизонты и расконсервации временно нерабочих бортов карьеров, гибких технологий добычи полезных ископаемых, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в отраслях горнодобывающей промышленности.

Основные выводы и рекомендации:

1. Установлено, что расширение технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов обеспечивается на основе универсальности использования ковша - прямым и обратным способом и переменной его вместимости, достигаемой регулируемым перемещением поперечной стенки ковша вдоль дугообразного днища. При этом вместимость ковша пропорциональна секторному углу его днища, ширине и квадрату высоты ковша.

2. Анализ трехмерных математических моделей процесса копания карьерных гидроэкскаваторов позволил доказать, что для гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия объемы копания с одной точки стояния в 1,3 ... 1,5 раза больше, чем для обратных лопат и в 2,6 ... 2,8 раза - для прямых лопат с одинаковыми параметрами максимального радиуса черпания и сектора копания.

3. Доказано, что максимальная производительность гидроэкскаваторов будет наблюдаться при работе экскавационным и совмещенным способами черпания, позволяющими производить загрузку ковша практически в любой точке забоя при 1-ом и 2-ом режимах с нижним черпанием и погрузкой в транспортные средства. Повы-

шение эксплуатационной производительности гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в среднем на 6% по сравнению с обратными лопатами достигается за счет комбинированного способа разгрузки ковша при использовании его поперечной подвижной стенки.

4. На основе разработанной методики обоснования удельной энергоемкости экскавации с использованием принципа системности доказано, что энергоемкость экскавации для гидроэкскаваторов, работающих в режиме прямая лопата с экскавационным способом черпания и погрузкой на уровне стояния, на 10% ниже, чем для мехлопат, а при совмещенном способе черпания - на 65%, чем при экскавационном и комбинированном, для гидроэкскаваторов, работающих с нижнем черпанием, энергоемкость экскавации на 30% ниже при нижней погрузке, чем при верхней.

5. Установлено, что технологии применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия при комплексной разработке месторождений (по сравнению с мехлопатами) позволяют: производить селективную выемку полезных ископаемых без потерь и снизить величину разубоживания в 2 раза для залежей с углом падения 0 ... 90 ° ввиду возможности черпания ковша по любой траектории забоя; экономить на 40% экскаваторный парк при бестранспортном проведении траншей за счет организации работ; интенсифицировать процесс расконсервации временно нерабочих бортов карьеров в 1,5 раза на основе применения новых технологий.

6. Определено, что технологическая гибкость системы выемоч-но-погрузочное оборудование - транспорт достигается за счет применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия. Разработанные гибкие технологии рекомендуется применять при отработке высоких уступов, разделении транспортных грузопотоков, селективной выемке полезных ископаемых, использовании схем комбинированного транспорта и производить их критериальную оценку на основе комплексного показателя гибкости, учитывающего интенсивность изменения грузопотоков при переходе от обычной технологии экскавации к применению гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия.

7. Технологии применения карьерных гидроэкскаваторов передана для внедрения в институт Уралгипроруда с ожидаемым эконо-

мическим эффектом 5 млн. руб/год в ценах на 1.07.1992 г. в расчете на один гидроэкскаватор с принципом копания ковша двойного действия вместимостью 5 ... 10 м^. Конструктивные параметры гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия приняты к внедрению в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш Уралмашзавода.

8. Разработанные теоретические положения и технические решения по применению карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений могут найти применение при селективной выемке полезных ископаемых с любым углом падения залежей, при бестранспортном проведении траншей, расконсервации временно нерабочих бортов карьеров, разработке рудных складов, отсыпке отвалов и гибких технологий добычи полезных ископаемых (разработка высоких уступов, разделение грузопотоков, применение комбинированного транспорта). Полученные научные выводы можно также использовать в строительных и дорожных технологиях, а также в горном и строительном машиностроении при обосновании новых видов универсального выемочно-погрузочного оборудования.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

Монографии

1. Мельников НД, Неволин ДГ, Скобелев Л.С. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскаваторов / Под ред. НН-Мелышкова. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. Горный институт, 1992. - 216с.

2. Лузин ГЛ, Павлов КБ., Неволин Д.Г. и др. Формирование и развитие рыночных отношений в регионе / Под ред. ГЛЛузина. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. Институт экономических проблем, 1992. - 235с.

3. Лузин ГЛ, Павлов КВ., Неволин ДГ. и др. Региональная экономика опыт и перспективы рыночных преобразований / Под ред. ГЛЛузина. -Апатиты: Кольский научный центр РАН. Институт экономических проблем. Часть 2, 1995. - 150с.

Публикации

4. Неволин ДХ. Моделирование процесса расконсервации временно нерабочих бортов карьера с целью обеспечения безопасной работы на транспортных бермах нижележащих горизонтов // "САПР" горнодобывающих предприятий: Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф. - Ташкент: НПО "Кибернетика" АН Узб. СССР, 1984.-С.207.

5. Неволин ДХ. Схемы механизации погрузочно-транспортных работ при расконсервации временных целиков карьеров // II Отрасл. науч.-техн. конф. молодых ученых: Тез. докл. - Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1985. -С.61-62.

6. Неволин Д.Г. Технологические схемы расконсервации временно нерабочих бортов карьеров // Проектирование открытой разработки месторождений: Сборник научных трудов. - Л.: ЛГИ, 1986. - С.80-82.

7. Неволин Д.Г. Экономико-математическая модель рабочих параметров карьерных обратных гидравлических экскаваторов // Повышение эффективности горного производства: Тез. докл. Ш Всесоюзной конференции молодых ученых. - Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1986. - С.23-24.

8. Неволин Д.Г. Технология разработки техногенных месторождений гидравлическими экскаваторами // Социально-экономические проблемы развития народного хозяйства севера СССР: Материалы Всесоюз. науч. конф. -Якутск ИГД Севера СО АН СССР, 1990. - С.59-60.

9. Неволин Д.Г. Моделирование рабочих параметров системы гидроэкскаваторов // XXIV Всесоюзная школа по автоматизации научных исследований: Тез. докл. - Апатиты: Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра АН СССР, 1990. - С.70-71.

10. Неволин Д.Г. Исследование адаптационных возможностей существующих и перспективных технологий отработки мощных глубоких карьеров при их комплексном освоении // Добыча и переработка комплексных руд: Материалы к Всесоюзной конференции молодых ученых / Под ред. ДТЛеволина. -Апатиты: Кольский научный центр АН СССР, 1991. - С.43-45.

11. Неволин ДГ. Применение карьерных гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата при комплексном освоении Ковдор-ского железорудного месторождения // Добыча и переработка комплексных руд: Материалы к Всесоюзной конференции молодых ученых / Под ред. ДГ.Неволина. - Апатиты: Кольский научный центр АН СССР, 1991. - С.45-46.

12. Неволин Д.Г. Проблемы рациональной разработки минеральных ресурсов Ковдорского железорудного месторождения II Проблемы рационального освоения минеральных ресурсов ("Мельниковские чтения"): Обобщения и тезисы докладов Всесоюзного совещания. - Хабаровск: ИГД ДВО АН СССР, 1991.-С.62-64.

13. Неволин Д.Г. Математическое моделирование процесса копания карьерного гидравлического экскаватора с рабочим оборудованием "прямая лопата" // Добыча и обогащение комплексных руд: Материалы к Всесоюзной

конференции молодых ученых / Под ред. Д.Г.Неволина - Апатиты: Кольский научный центр АН СССР. Горный институт, 1991. -С.49-51.

14. Неволин Д.Г. Технология расконсервации (разноса) временно нерабочих бортов карьеров гидроэкскаваторами // Каталог научно-технических разработок. - Апатиты: Горный институт Кольского научного центра АН СССР, 199I.-C.3-4.

15. Неволин Д.Г. Обоснование выбора экскаваторного выемочно-погру-зочного оборудования для разработки техногенных месторождений // Совершенствование технологии горного производства для снижения негативного воздействия на окружающую природную среду: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Кривой Рог: НИГРИ, 1991. - С.29-30.

16. Неволин Д.Г. Применение гидравлических экскаваторов на карьерных складах и отвалах вскрышных пород // Теория и практика комплексного освоения месторождений полезных ископаемых и обогащения минерального сырья / Под ред. К.Н.Трубецкого: - Алма-Ата: 23-27 сентября 1991 г. ИПКОН РАН, 1992.-С. 13-14.

17. Неволин Д.Г. Алгоритм построения математической модели подсистемы выемочно-погрузочные работы по критерию адаптации // Проблемы добычи и обогащения руд: Тезисы докладов VI Регион, науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов / Под ред. Д.Г.Неволина. - Апатиты: Горный институт Кольского научного центра АН СССР, 1990. - С.20-22.

18. Неволин Д.Г. Новые подходы к оценке эффективности оборудования на открытых горных работах // Формирование и развитие рыночных отношений в регаоне / Под ред. ГЛЛузина. - Апатиты: Кольский научный центр РАН Институт экономических проблем, 1992. - С. 107-111.

19. Неволин Д.Г. Методика обоснования рабочих параметров карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания двойного действия П Техника и технология горных работ на карьерах Заполярья / Под ред. С.П.Решетняка. -Апатиты: Кольский научный центр РАН. Горный институт, 1993. - С.95-102.

20. Неволин Д.Г. Энергетическая теория процесса черпания карьерными гидроэкскаваторами // Техника и технология горных работ на карьерах Заполярья / Под ред СЛРешетняка. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. Горный институт, 1993.-С.103-113.

21. Неволин Д.Г., Скобелев Л.С. Универсальное рабочее оборудование карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия // Комплексная разработка рудных месторождений мощными глубокими карьерами ("Мельниковские чтения"): Труды международного совещания / Под

ред. С.ПРешетняка. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. Горный институт, 1995.-С.136-139.

22. Неволин ДГ. Принципы менеджмента в горной промышленности // Региональная экономика опыт и перспективы рыночных отношений I Под ред. Г.П.Лузша. - Апатиты: Кольский научный центр РАН. Институт экономических проблем. Часть 2, 1995. - С.144-147.

23. Неволин ДХ. Исследование технологий селективной выемки полезных ископаемых карьерными гидроэкскаваторами с принципом копания ковша двойного действия // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 1995.-N6.-0.91-96.

Всего по теме диссертации опубликовано 40 работ.